Mikulski: Czy jest przyszłość dla małych reaktorów jądrowych w Polsce (ANALIZA)
Temat małych reaktorów modułowych ostatnio został poruszony przez ministra Piotra Naimskiego, który powiedział „małe reaktory jądrowe są przyszłością, ale daleką”. Rzeczywiście innowacyjne małe reaktory należące do IV generacji mogą być dostępne komercyjnie w drugiej połowie lat trzydziestych, ale mamy małe reaktory chłodzone wodą wywodzące się z dobrze sprawdzonych konstrukcji. Odznaczają się one zredukowaną mocą i zwiększeniem bezpieczeństwa układów chłodzenia. Reaktory te w oparciu o dotychczasowe doświadczenia mogą być uruchomione na świecie już ok. 2028 roku, a jednym z nich jest reaktor BWRX-300, którym interesuje się kilka polskich firm. O tych małych reaktorach pisze dr Andrzej Mikulski, były pracownik instytutów w Świerku i były inspektor dozoru jądrowego.
Program Polskiej Energetyki Jądrowej (PPEJ), którego przygotowywanie rozpoczęło się w 2009 roku, a przyjęty został przez rząd w październiku 2014 roku i zaktualizowany w październiku 2020 roku nie pozostawia wątpliwości, że będziemy budować tylko reaktory o dużej mocy 1000-1650 MWe zaliczane do generacji III+ z odległą perspektywą uruchomienia małych reaktorów dla produkcji ciepła przemysłowego ok. 2040 roku. Uzasadnienie wyboru dużych reaktorów wynikało przede wszystkim z tzw. efektu skali, czyli malejącej ceny jednostkowej za jeden megawat mocy reaktora wraz z jej wzrostem oraz braku na rynku ofert innych reaktorów lekko-wodnych (kanadyjski reaktor ciężko-wodny o mniejszej mocy został wyłączony z rozważań na skutek braku perspektyw jego rozwoju na świecie).
Według pierwotnych założeń pierwszy reaktor miał zostać uruchomiony w 2020 roku, czyli ok.10 lat po rozpoczęciu programu, natomiast po przyjęciu programu przez rząd termin ten został przesunięty na 2024 rok. Później pojawiały się kolejne późniejsze terminy aż do przyjętego w ostatniej aktualizacji 2033 roku, cały czas pozostawiając otwartą sprawę wyboru dostawcy technologii. W ostatnich miesiącach pojawiają się głosy, że termin ten ulegnie dalszemu przesunięciu na lata późniejsze ze względu na przeciągający się proces wyboru dostawcy i zbyt długo trwające procedury uzyskania wszystkich zezwoleń, co sprzeczne jest z zapowiedzianą aktualizacją tzw. ustawy inwestycyjnej, której celem jest skrócenie okresu przygotowawczego o 12-18 miesięcy.
Koszty budowy reaktorów, szczególnie po awarii w Fukushimie, gdy urzędy dozoru zalecały wprowadzenie nowych zabezpieczeń znacznie wzrosły, a rozpoczęte budowy notowały liczne opóźnienia w uruchomieniu oraz następowały przesunięcia rozpoczynania nowych inwestycji. Historia minionych 12 lat w odniesieniu do dużych bloków przedstawia się następująco. Budowa dwóch pierwszych francuskich reaktorów typu EPR w Finlandii i we Francji nie została zakończona, ale dwa pierwsze reaktory tego typu zostały już zbudowane i uruchomione w Chinach, a dalsze dwa budowane są w Wielkiej Brytanii. Budowa czterech amerykańskich reaktorów typu AP1000 w Stanach Zjednoczonych kontynuowana jest z połowicznym sukcesem w odniesieniu tylko do dwóch bloków, natomiast dwa pierwsze bloki tego typu zostały już zbudowane i uruchomione w Chinach. Do pełnego sukcesu zmierza budowa czterech południowo-koreańskich reaktorów typu APR1400 w Zjednoczonych Emiratach Arabskich, gdzie pierwszy pracuje już na pełnej mocy, a drugi został właśnie uruchomiony. W wyliczeniu bloków III generacji nie można pominąć rosyjskich reaktorów typu WWER-1000/1200 uruchomionych w Rosji, Chinach i Indiach oraz dalszych budowanych w tych krajach, a także w Bangladeszu i Turcji oraz dwóch chińskich bloków typu HPR1000 (Hualong One) uruchomionych w Chinach i w Pakistanie, ale Polska nie jest zainteresowana tymi reaktorami z różnych powodów.
W okresie ostatnich 10 lat nastąpił, ze względu na rosnące koszty dużych bloków intensywny rozwój różnych koncepcji małych reaktorów modułowych. Raport MAEA wylicza ponad 70 różnych rozwiązań technicznych tych reaktorów różniących się mocą cieplną, zastosowanym paliwem i chłodziwem, ale tylko trzy z nich mogą być rozważane na poważnie, gdyż mają za sobą pewne doświadczenie eksploatacyjne. Są to reaktory:
- chłodzone lekką wodą (LWR),
- wysokotemperaturowe chłodzone gazem (HTGR),
- zawierające paliwo w postaci stopionych soli (MSR).
Obecnie wiadomo, że tylko reaktory z tej pierwszej grupy mogą osiągnąć stan technicznej gotowości do zastosowania w energetyce w ciągu najbliższych 7-8 lat, a pozostałe dwie grupy i pewno inne reaktory typu SMR, taki stan mogą osiągnąć ok. 2040 roku, jak słusznie napisano w PPEJ.
Konkretyzując opis reaktorów należących do pierwszej grupy należy wymienić trzy amerykańskie konstrukcje.
Reaktor firmy NuScale, a właściwie kompleks sześciu reaktorów (początkowo miało być 12 reaktorów) o mocy 77 MWe każdy, co daje łączną moc 462 MWe. Jest to zintegrowany reaktor wodno-ciśnieniowy (iPWR), tzn. w odpowiednio dużym zbiorniku reaktora umieszczony jest cały obieg pierwotny znany z klasycznych reaktorów PWR oraz wytwornica pary i stabilizator ciśnienia. Obieg wody chłodzącej elementy paliwowe realizowany jest na zasadzie jej naturalnego, grawitacyjnego krążenia bez udziału głównych pomp cyrkulacyjnych i na zewnątrz przekazywana jest para wodna drugiego obiegu kierowana wprost na turbinę połączoną z generatorem. Konstrukcja ta jest najbardziej zaawansowana pod względem uzyskanego zezwolenia, gdyż posiada certyfikat amerykańskiego urzędu dozoru jądrowego (US NRC) wydany we wrześniu 2020 roku i firma NuScale zawarła umowy z wieloma kontrahentami gotowymi wesprzeć finansowo budowę pierwszego reaktora oraz wskazała miejsce, gdzie będzie zlokalizowany. Według oświadczenia firmy pierwszy reaktor ma być uruchomiony w 2028 roku, natomiast kwestia czy uda się zbudować kompleks 6-ciu reaktorów o takiej mocy i bezpiecznie eksploatować w jednym miejscu ze wspólnej sterowni pozostaje otwarta, a tylko elektrownia o takiej mocy może być atrakcyjna w naszych warunkach.
Reaktor wodny ciśnieniowy SMR-160 o mocy 160 MWe proponowany przez firmę Holtec Int. (USA) stanowi modernizację dobrze znanych reaktorów wodno-ciśnieniowych polegającą na umieszczeniu w jednej obudowie betonowej całego obiegu pierwotnego składającego się ze zbiornika reaktora połączonego z położoną wyżej wytwornicą pary wraz ze stabilizatorem ciśnienia, tak by zapewnić naturalny, grawitacyjny obieg chłodzenia bez potrzeby stosowania głównych pomp cyrkulacyjnych. Pierwszy taki reaktor ma być uruchomiony ok. 2028 roku w USA, gdzie rozpoczęty został proces licencyjny przekazaniem w grudniu 2020 roku pierwszego z pięciu raportów tematycznych i wskazano pierwszą lokalizację w Oyster Creek (stan New Jersey) obok reaktora będącego tam w likwidacji. Reaktorem tym zainteresowana jest Kanada, gdzie zakończona została pierwsza faza przeglądu licencyjnego przez kanadyjski urząd dozoru jądrowego CNSC) oraz Ukraina i Czechy, a ostatnio Indie, ale brak szczegółów prowadzonych prac w tych krajach.
Reaktor wodny wrzący BWRX-300 o mocy 300 MWe firmy General Electric Hitachi Nuclear stanowi uproszczoną wersję reaktora ESBWR o dużej mocy (1520 MWe), który uzyskał licencję na budowę wydaną przez US NRC w 2014 roku, ale nigdzie nie został zbudowany. Konstrukcja reaktora oparta jest na naturalnym, grawitacyjnym obiegu chłodzenia i praktycznie została sprawdzona w dwóch reaktorach. Pierwszy w elektrowni Dodewaard w Holandii w bloku o mocy 60 MWe, gdzie pracował przez 29 lat do 1997 roku oraz drugi w elektrowni Humboldt Bay w bloku o mocy 65 MWe w USA, gdzie pracował przez 13 lat do 1976 roku, zatem nie można mówić o niesprawdzonej technologii. Według GEH przy budowie będą wykorzystane elementy konstrukcyjne sprawdzone w innych reaktorach tej firmy jak: zbiornik reaktora (materiał i proces produkcyjny jak w reaktorze ABWR w elektrowni Kashiwazaki Kariwa w Japonii i średnica jak w reaktorze w elektrowni Mühleberg w Szwajcarii), separator i osuszacz pary (jak w ABWR), pręty sterujące wraz z napędami (jak w ABWR), paliwo typu GNF2 (wykorzystywane w 70% reaktorów typu BWR na świecie) oraz w części konwencjonalnej urządzenia produkowane w fabrykach koncernu GE. Rozpoczęty został w grudniu 2019 roku proces uzyskiwania licencji US NRC przedstawieniem raportów tematycznych dotyczących takich zagadnień jak: ochrona zbiornika reaktora przed ucieczką wody w przypadku rozerwania głównego rurociągu parowego i zabezpieczenie przed wzrostem ciśnienia w zbiorniku, odporność obudowy bezpieczeństwa w różnych sytuacjach eksploatacyjnych, kontrola wbudowanej reaktywności paliwa jądrowego oraz ocena obudowy bezpieczeństwa, z których pierwsze trzy zostały już zaakceptowane przez dozór. Równolegle prowadzona jest ocena tego reaktora w Kanadzie przez CNSC rozpoczęta w styczniu 2020 roku. Pierwszy reaktor BWRX-300 ma być uruchomiony w USA ok. 2028 roku.
Koncern GEH Nuclear przewiduje, że dzięki znacznemu uproszczeniu projektu, reaktor ten będzie wymagał znacznie mniejszych kosztów kapitałowych w przeliczeniu na jeden megawat mocy niż inne projekty małych reaktorów modułowych (SMR) chłodzonych wodą lub istniejące projekty dużych reaktorów jądrowych. Poza tym koncern ten przekonuje, że koszt produkcji energii elektrycznej i cieplnej przez reaktor BWRX-300 będzie porównywalny z kosztami elektrowni gazowych oraz źródeł odnawialnych. Reaktorem tym zainteresowane są w Europie takie kraje jak: Estonia, Czechy i Polska.
Do tej grupy należy jeszcze reaktor CAREM-25 typu iPWR o mocy 25 MWe budowany w Argentynie od 2014 roku z obecnie planowanym uruchomieniem w 2024 roku. Jednak ze względu na małą moc nie może być rozważany dla Polsce, ale uzyskane doświadczenia eksploatacyjne na pewno będą cenne dla innych podobnych konstrukcji. Reaktor UK SMR o mocy 470 MWe rozwijany jest przez firmę Rolls-Royce w Wielkiej Brytanii w klasycznej konstrukcji reaktora PWR z pompami głównymi pierwszego obiegu i przewidziany do uruchomienia ok. 2030 roku. Ostatnio firma EDF z Francji poinformowała o prowadzeniu prac projektowych małego reaktora NUGARD o mocy 170 MWe z przewidywanym rozpoczęciem budowy w 2030 roku, która ma trwać trzy lata. Również w Rosji prowadzone są prace nad lądową wersją reaktora RITM-200N o mocy 55 MWe z terminem uruchomienia w 2030 roku, a w Chinach rozpoczęto już budowę reaktora ACP-100 typu iPWR o mocy 125 MWe z planowanym uruchomieniem do końca 2026 roku.
Zatem, przechodząc do spraw krajowych to rozsądnym podejściem byłoby rozważenie na nowo argumentów za budową dużych bloków i skonfrontowanie ich z obecną sytuacją mniejszych bloków modułowych, czyli bloków o mocy 200-400 MWe w oparciu o następujące przesłanki:
- termin uruchomienia pierwszego reaktora powinien być przyspieszony biorąc pod uwagę przewidywany deficyt mocy w końcu bieżącej dekady, czyli ok. 2030 roku,
- budowa kilku małych reaktorów wcale nie musi być droższa niż budowa jednego dużego reaktora o porównywalnej mocy, natomiast na pewno znacznie efektywniej zaangażuje polski przemysł w większych seriach produkcyjnych,
- małe reaktory otworzą drogę do zastępowania wycofywanych z eksploatacji bloków konwencjonalnych o mocy 200 MW z wykorzystaniem całej dotychczasowej infrastruktury sieci energetycznej,
- mniejsza moc pozwoli na łatwiejsze dostosowanie potrzeb produkcyjnych energii elektrycznej do przerw pracy źródeł OZE (znacznie ekonomiczniejsza jest praca małego bloku na pełnej mocy niż dużego bloku pracującego z mocą obniżoną do np. 50 procent),
- istnieje możliwość wykorzystania w znacznie większym stopniu zdobywanych przez Państwową Agencję Atomistyki (PAA) – dozór jądrowy umiejętności oceny dużego reaktora PWR przy ocenie małego reaktora modułowego niż przy ocenie reaktora wysokotemperaturowego (HTRG),
- opisywany reaktor BWRX-300 typu może być uruchomiony w Polsce niewiele później w stosunku do planowanego uruchomiania za granicą i na pewno wcześniej niż w 2033 roku, np. z wykorzystaniem prowadzonych już badań środowiskowych i lokalizacyjnych dla wytypowanych lokalizacji na Pomorzu oraz dość znacznego potencjału produkcyjnego firmy GE w Polsce.
Rozwiązanie to, czyli budowa wielu mniejszych reaktorów ma też swoje negatywne strony, o których trzeba pamiętać, jak:
- zapewnienie ochrony fizycznej większej liczbie obiektów jądrowych,
- zwiększenie liczebności personelu potrzebnego do eksploatacji i nadzoru bezpieczeństwa tych reaktorów,
- rozwiązanie sprawy transportu wypalonego paliwa z wielu miejsc do czasowego lub ostatecznego składowiska,
ale nie powinny one mieć negatywnego wpływu na podjęcie decyzji o wyborze kierunku rozwoju energetyki jądrowej w Polsce.
Zainteresowanie zastosowaniem małego reaktora BWRX-300 do produkcji energii elektrycznej i ciepła technologicznego na własne potrzeby jako pierwszy w Polsce wyraził prywatny koncern chemiczny Synthos z Oświęcimia już w 2019 roku powołując spółkę Synthos Green Energy (SEG) i podpisując wstępne porozumienie z jego dostawcą, firmą General Electric Hitachi Nuclear. Spółka SEG we współpracy z takimi firmami jak Exelon Generation, Fortum i kancelarią prawną CMS Legal przez cały ubiegły rok prowadziła intensywne pracy zakończone opracowaniem propozycji zakresu opinii ogólnej w sprawie rozwiązań organizacyjno-technicznych małego reaktora modułowego i rozpoczęła dyskusję z PAA na temat wymaganych dokumentów przy składaniu wniosku o uzyskanie pozwolenia na budowę. Drugim dokumentem jest wykonane przez Exelon Generation dla SGE studium wykonalności małego reaktora modułowego w Polsce, które obejmuje analizę kluczowych aspektów wdrażania technologii SMR począwszy od kwestii kosztowych, poprzez politykę kadrową, problemy zapewnienia bezpieczeństwa i wydania zezwoleń itd.
Działania na polu małych reaktorów modułowych w Polsce w ostatnich trzech miesiącach prowadziły następujące spółki:
- PKN Orlen, w czerwcu 2021 roku wyraził zainteresowanie reaktorem BWRX-300 i włączył się do pracy nad nim planując powołanie wspólnej spółki Orlen Synthos Green Energy i potwierdzając w prasowych wypowiedziach możliwość jego zbudowania i uruchomienia w ciągu 10 lat,
- ZE PAK (Zespół Elektrowni Pątnów-Adamów-Konin) w sierpniu 2021 roku wystąpił z wnioskiem do Polskich Sieci Energetycznych w sprawie przyłączenia małych reaktorów jądrowych do Krajowego Systemu Energetycznego (KSE),
- KGHM Polska Miedź w wywiadzie prasowym, tym samym czasie w wyraził zainteresowanie uzyskiwaniem energii elektrycznej z atomu na własne potrzeby z małych reaktorów,
- ZE PAK i SGE, ostatnich dniach sierpnia 2021 roku podjęły decyzję o rozpoczęciu wspólnego projektu (podpisana została umowa), której celem jest budowa w Pątnowie elektrowni jądrowej składającej się z czterech do sześciu reaktorów BWRX-300 o łącznej mocy do 1,8 GWe, gdzie SEG występuje jako inwestor i dostawca technologii.
Należy wyrazić zadowolenie, że budową małych reaktorów zainteresowane są dwie firmy prywatne (SGE i ZE PAK) i nie wahają się zainwestować własne pieniądze, a jedna z nich jest firmą czysto energetyczną pracującą dla Krajowego Systemu Energetycznego (KSE). W tej sytuacji państwo nie ponosi żadnej odpowiedzialności finansowej, jeśli inwestycja nie zostanie w ogóle ukończona lub będzie przedłużony czas jej budowy. Państwo musi tylko dbać by projekt spełniał wszystkie wymogi bezpieczeństwa i powinno być pozytywnie nastawione do tych działań. Należy oczekiwać, że dozór jądrowy w krótkim terminie określi samodzielnie lub w porozumieniu z dozorem amerykańskim, bo chodzi o reaktor BWRX-300 jakie ogólne wymagania ma spełniać projekt dodając ewentualnie szczegółowe wymagania dotyczące Polski. Dodatkowym atutem całego przedsięwzięcia jest współudział w tym przedsięwzięciu jednej spółki skarbu państwa (PKN Orlen) i przychylne nastawienie drugiej (KGHM).
Podsumowując, w chwili obecnej, działania te wskazują, że energetyka jądrowa w Polsce będzie rozwijać się dwoma drogami: jako reaktory dużej mocy finansowane przez rząd z udziałem chętnych kontrahentów zagranicznych i jako reaktory finansowane ze źródeł prywatnych. Przy czym terminy uruchomienia wyraźnie wskazują, że atom prywatny może być wcześniej. W tej sytuacji należy się zastanowić czy warto iść tą pierwszą drogą czy raczej przestawić się na budowę tylko małych reaktorów jądrowych do produkcji energii elektrycznej zarówno przez firmy państwowe jak i prywatne. Nie można zamykać oczu na przestawione wyżej argumenty, jeśli chcemy rozpocząć produkcję bezemisyjnej energii elektrycznej w możliwie szybkim terminie, mając na uwadze tu i ówdzie sygnalizowane braki mocy w systemie energetycznym już ok. 2030 roku.
Na zakończenie warto przytoczyć pewną analogię. W ubiegłym roku, krótko po wybuchu pandemii koronawirusa i drastycznym ograniczeniu komunikacji lotniczej można było przeczytać, że linie lotnicze rezygnują z eksploatacji dużych samolotów jak Boing747 (Jumbo-jet) i Airbus380 na rzecz mniejszych samolotów. W takiej sytuacji warto zapytać czy nie kończy się era dużych reaktorów jądrowych?
Obajtek: To Orlen ma rzeczywisty potencjał offshore. SMR to nie technologia z kosmosu (ROZMOWA)
